[发明专利]一种用于机床主轴热误差的在线测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种用于机床主轴热误差的在线测试装置及测试方法。该测试方法通过电涡流传感器和热像仪实时测量机床在实际工况下主轴温度敏感点的温度和主轴前端轴向和径向的热变形，然后分别通过热像仪、PLC将温度和热变形数据传送到计算机，经热误差测试软件的数据处理部分得到温度敏感点温升‑时间曲线、主轴轴向热变形‑时间曲线、主轴径向热变形‑时间曲线，最后经过计算得到主轴热误差模型。该测试装置包括热像仪、电涡流传感器、传感器信号调理器、PLC、PLC模拟量单元、计算机和支架；利用热像仪代替温度传感器测量主轴温度敏感点的温度数据，解决了在实际测量中温度传感器数目较多、布线繁琐、安装困难的问题。

技术领域

本发明涉及机床主轴性能测试领域，具体是一种用于机床主轴热误差的在线测试装置及测试方法。

背景技术

机床热误差是指在加工过程中机床部件由于受到摩擦热、切削热和环境温度等因素的影响形成的非均匀温度场，致使各个部件发生不同程度的热变形，这将引起工件和刀具之间产生相对位移，对工件加工精度产生影响。文献表明，热误差占机床总误差的40％～70％左右，一般热误差模型中包含机床温度敏感点的温升和热变形。主轴系统作为机床的关键部件之一，由于受轴承摩擦热、电动机发热及切削热的影响产生热误差，其热误差严重影响着机床整体的加工精度，所以如何在实际加工过程中准确、快速、高效地获得机床主轴热误差，提高机床的加工精度具有重要意义。

目前对机床热误差的测试中，主要利用贴片式温度传感器测量机床温度敏感点的温度，利用电感式或者电涡流传感器测量机床的热变形。

申请号201511020629.3公开了一种精密数控机床热误差测量及温度补偿系统，该热误差测量系统包括若干电感式位移传感器和若干温度传感器，每个电感式位移传感器和每个温度传感器均通过磁吸附件吸附在数控机床上，该热误差测量系统通过温度传感器和电感式位移传感器获取机床各位置的实际热位移量和温度差。但是该系统利用温度传感器测量机床各位置的温度，忽略了在实际测量中传感器布线繁琐、安装固定比较困难。

申请号201510781183.X公开了一种电主轴温度与热变形试验装置，它包括依次连接的工业PC机与主轴驱动装置，测试加载装置，电主轴上安装有测试棒，冷却水循环装置和油气润滑装置分别与电主轴的两端连接，温度检测装置沿轴向布置在电主轴的轴体一侧，热位移检测装置布置在测试棒的端部和周向。但该发明利用数据采集卡控制位移传感器采集热变形信号，忽略了数据采集卡实时处理能力弱、实时响应度慢的问题。

申请号200510094543.5公开了一种数控机床热机阶段的热变形的测试方法，该发明通过运行试验G代码采集待补偿部件X轴、Y轴、Z轴和主轴在热机阶段的热变形量，找出热变形量与部件工作时间和停止时间的关系后，分别建立基于时间和所述变形量之间的关系模型，从而实现对热机阶段的热变形的预测。该方法能够实现对热机阶段的热变形的时间预测，但是该建立预测模型方法的智能化程度较低，不能够实时科学的反应机床的热变形。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种用于机床主轴热误差的在线测试装置及测试方法。该测试方法通过电涡流传感器和热像仪实时测量机床在实际工况下主轴温度敏感点的温度和主轴前端轴向和径向的热变形，然后分别通过热像仪、PLC将温度和热变形数据传送到计算机，经热误差测试软件的数据处理部分得到温度敏感点温升-时间曲线、主轴轴向热变形-时间曲线、主轴径向热变形-时间曲线，最后经过计算得到主轴热误差模型。

本发明解决所述测试方法技术问题的技术方案是，提供一种用于机床主轴热误差的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)启动并检查数控机床设备，使之处于正常状态；